神经外科疾病与磁共振波谱

神经外科疾病与磁共振波谱神经外科疾病与磁共振波谱活体组织中存在许多化合物，无损伤的获得这些化合物的信息，不仅有助于疾病的诊疗及治疗，同时对阐明其生理病理过程含有重要意义。磁共振波谱(Magneticresonancespectroscopy，MRS)统计被测样品中全部化合物信号的总和，测量成果有多条谱线构成的图谱。随着MRS技术的不停发展，在临床研究中已有了一定的应用，特别是在脑部疾病方面[1]。大脑MRS容易操作，测量成果受外界干扰小，能提供神经元分子水平的信息，可检测发育过程（涉及宫内阶段）和生理病理过程全部阶段的变化[2]。现在就神经外科疾病与磁共振波谱的研究进展作一综述。1．磁共振波谱可测量的化合物MRS技术是运用磁共振现象和化学位移作用对一系列特定原于核(如H、P、Na、C、O等)及其化合物进行分析的办法。现在最常见的MRS是氢核波谱，氢原子核只含有一种质子，其波谱也称质子磁共振波谱（ProtonMagneticresonancespectroscopy，1HMRS）。氢原子核占人体原子数的2/3，自然浓度高，相对敏捷读也高，是人体磁共振信号的重要来源，故1HMRS容易成功[3]。另外许多生物分子都有31P，这些化合物参加细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，31P-MRS被广泛用于对脑组织能量代谢及酸碱平衡的分析上，能够检测磷酸肌酸（PCr）、无机磷酸盐（PI）、α-ATP、β-ATP、γ-ATP的含量和细胞内的PH值[4]。2．1HMRS检测的重要代谢物的体现及对应意义1HMRS能无创性的检测活体脑组织内多个代谢物的变化，反映机体物质和能量代谢。测定的常见代谢物重要有N—乙酰天门冬氨酸(N—acetylaspartate，NAA)、乳酸(lactate，Lac)、胆碱类复合物(choline，Cho)、肌酸(creatine，Cr)、肌酸/磷酸肌酸(creatine/phosphocreatine，Cr/Pcr)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)、脂质(lipid，Lip)、肌醇(Inosines，Ins)、r-氨基丁酸(GABA)及丙氨酸(A1a)等[5]。1HMRS检测到的脑代谢物反映在图谱上是不同化学位移的共振峰。NAA是其中最常检测到的物质之一，波峰重要位于2.02ppm处，在正常脑波谱中，NAA峰最大，仅存在于神经元中，现在是公认的神经元内标志物。其含量多少反映神经元的功效状况，NAA的减少甚至消失代表了神经元数量的减少及缺失[6]。Lac波峰位于1.33ppm处，正常脑组织内含量极低，不能检测到，当Lac峰出现并加深时，标志着脑组织发生了缺血缺氧变化，无氧酵解加重，乳酸酶和乳酸浓度升高。因肿瘤细胞生长活跃，肿瘤内乳酸含量增多而出现乳酸峰增高。乳酸含量与肿瘤的病理类型无有关性[7]。Cho波峰位于3.02ppm处，是能量储存、运用的重要化合物。重要反映了细胞膜的转运功效，其浓度增高表达细胞膜转运功效增加。在脑肿瘤中，Cho峰大多升高，但颅咽管瘤Cho峰减少[8]。Cr波峰位于3.5ppm，可能是神经胶质特异性的标志[9]，肌酸峰值相对稳定，惯用来于其它代谢物的浓度比值作为参考值。Ins峰值位于3.56ppm处，肌醇是神经受体代谢产物，在中枢神经系统以外的组织中出现含有临床意义，如血管外皮细胞瘤肌醇峰明显升高，含有特性性[10]。Lip波峰分别在0.8ppm、1.2ppm、1.5ppm、6.0ppm处出现，在脑膜瘤及星形细胞瘤中脂质增加，可反映组织坏死的进展[11]。A1a波峰位于1.36和1.44ppm之间，丙氨酸的功效现在还不清晰，在磁共振波谱中出现被认为是脑膜瘤的特性性体现[12]。3．正常人的脑MRSMR波谱变化可反映神经元生长分化，脑能量代谢和髓鞘分化崩溃的过程。NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎全部的NAA均存在于神经元内，现在将NAA作为反映神经元功效的内标物。正常人有很高的NAA/Cr值，NAA下降提示神经元的缺失和破坏。Cho和Cr在神经元和神经胶质细胞内均被发现，但细胞研究证明，星形胶质细胞和少突胶质细胞内Cho和Cr含量明显高于神经元，故Cho和Cr增加提示有神经胶质增生。由于NAA减少或Cho、Cr增加，造成了NAA/（Cho+Cr）比值减少，此值常作为反映神经元功效的指标[13]。另外，1HMRS发现NAA在人出生后一年内增加近两倍，肌酸信号也对应增加，NAA/Cr及Glu-n/Cr随年纪增加而上升。31PMRS研究也发现，磷酸一脂（PME）的信号相对于其它代谢产物来说随年纪增加衰减，磷酸肌酸则相反，这阐明通过定量分析脑组织代谢产物的MRS，可理解脑组织的发育成熟度，同时也提示我们在观察病理性波谱时，应考虑到年纪有关性变化[14]。4．癫痫的MRS波谱技术被应用于癫痫的病理生理研究中，获得了某些成果。1HMRS显示癫痫灶侧颞叶内NAA峰值减少，减少22%。Cho和Cr分别增加25%和15%。NAA的减少阐明癫痫灶内神经元的缺失、受损或功效活动异常。Cr和Cho升高反映胶质细胞的增生，研究倾向于把NAA/Cr比值作为定位或判断异常的标志。癫痫大发作与颞叶的NAA/Cr比值减少有关，病灶部位及性质与NAA/Cr比值不含有有关性，提示孤立的脑构造病灶可能引发远处神经元的代谢异常。正常人NAA/Cho+Cr值的低限为0.72，两侧差值超出0.05或双侧较正常对照组明显减少均为异常。比值减少阐明海马硬化。NAA/Cho+Cr的定位敏感性为87%，精确率为96%。另外，1HMRS还可用于测定与癫痫活动有关的神经递质，如γ-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸（Gln）和谷氨酰氨（Glu）。枕叶的氨基丁酸水平下降，而谷氨酸作为脑内重要的兴奋递质，其含量增加[15]。5．肿瘤的MRS研究证明全部颅脑肿瘤的波谱都有变化，不同肿瘤的波谱特性存在差别，因此根据波谱的不同特性，可鉴别部分肿瘤。与正常组织相比，肿瘤组织的波谱普通体现为Cho峰升高，NAA与Cr浓度减少，认为与正常组织的波谱差别性明显。Cho峰的高低可作为肿瘤细胞增殖的指标，肿瘤增殖的Cho／Cr和Cho／NAA比值随恶性度的增高而升高[16]。有学者用60例不同脑肿瘤标本研究发现，非神经外坯层的肿瘤如脑膜瘤、转移瘤及脊索瘤等侧不到NAA，NAA消失有助于与脑实质来源的肿瘤鉴别。除颅咽管瘤外，其它肿瘤胆碱浓度均升高，全部肿瘤Cr都有不同程度减少[17]。典型的星形胶质细胞瘤波谱体现为NAA峰明显减少，Cho峰明显升高，NAA／Cr、NAA／Cho比值减少，Cho／Cr比值升高，并可出现脂肪酸及Lac峰。恶性胶质瘤易发生坏死，出现Lipid峰，而良性胶质瘤较少发生坏死，普通不出现Lipid峰。明确胶质瘤的分级对选择适宜的治疗办法、预计患者预后都有重要意义。近来研究发现，低档胶质瘤与高度恶性胶质瘤之间的NAA／Cr、Cho／Cr比值有明显性差别，高度恶性胶质瘤的Cho／Cr比值比低档胶质瘤为高，Cr普通较稳定，可随肿瘤恶性度增高而略有减少。因此，NAA／Cho、Cho／Cr、NAA／Cr、Lac／Cr对胶质瘤分级有一定的意义，其中NAA／Cho、Cho／Cr比值反映肿瘤级别较稳定[18]。Lac出现反映肿瘤中缺氧程度，恶性胶质瘤中常见Lac峰。但在良性纤维性星性细胞瘤中，肿瘤中缺少坏死，仍能看到乳酸蜂，因此乳酸的存在不能反映肿瘤的良恶性[19]。Lip峰有助于鉴别低档和高度恶性胶质瘤，由于肿瘤内髓鞘受损，细胞膜破坏，脂质释出而引发活动性脂肪升高。有学者报道在41％的恶性胶质瘤中出现Lip蜂，认为可将其作为肿瘤恶性度的辅助征象[20]。脑膜瘤为最常见的脑外肿瘤，其波谱体现有相对特异性，由于脑膜瘤为非神经外胚层肿瘤缺少神经元及胶质细胞，MRS体现为NAA峰缺如，但Cho峰明显增加，Cr减少，在复发脑膜瘤中尤为明显。在恶性脑膜瘤中，肿瘤侵犯周边正常脑组织，使肿瘤区出现NAA峰，但比正常脑组织低[21]。脑膜瘤Cho／Cr比值与肿瘤细胞类型有关。丙氨酸被认为是脑膜瘤特性性体现，可区别于神经鞘瘤和神经纤维瘤，但丙氨酸也可出现于胶质瘤和垂体瘤中[22]。另外脑膜瘤需与血管外皮细胞瘤鉴别，在MRI中两者体现非常相似，甚至都能够出现相邻脑膜强化(脑膜尾征)，但血管外皮细胞瘤肌醇明显升高，可予以鉴别。神经鞘瘤亦为非神经外胚叶肿瘤，无神经元，NAA峰缺如，与脑膜瘤相似，但脑膜瘤可出现A1a峰，而肌醇峰为神经鞘瘤的特性性体现[23]。脑的非何杰金淋巴瘤可出现高耸的Lip峰，可能与该肿瘤内大量巨噬细胞吞噬游离脂肪酸有关[24]。6．肿瘤的疗效预测1HMRS能够早期反映肿瘤的代谢及生长潜能，因此可用于评价不同治疗办法的疗效。从而对选择对的的治疗方案提供协助。单纯脑肿瘤体积的缩小并不能作为评价资料反映的可靠指标。有学者对10例小朋友胶质瘤次全切除术患者进行2年的随访，发现进展期肿瘤的Cho正常化比值（即肿瘤组织与对侧正常脑组织信号强度比值）明显升高，而临床稳定的肿瘤或体积缩小者，正常化比值明显下降，并长久保持正常水平[25]。有学者发现，Cho信号强度较正常增加45%以上提示恶变倾向或有肿瘤进展，增加强度不大于35%者则较为稳定。因此，Cho信号强度的变化是肿瘤代谢活动及进展可靠的批示器。恶性淋巴瘤对放疗有很高的敏感性，在放疗后MRI出现变化前，1HMRS可检测到NAA峰的上升及Lac峰的下降[26]。7．脑外伤的MRSHolshouserBA等报告，采用1HMRS测定枕部NAA/Cr、NAA/Cho、Cho/Cr比值，以及Lac积聚，对脑外伤6-12个月后的预后判断精确率在新生儿为87%，婴儿为100%，小朋友为93%。对新生儿结合MRI体现，预后对的率达100%；如结合临床体现，预后对的在小朋友可达100%。乳酸的积聚是提示预后不良的最重要参数。NAA/Cr值对婴儿、小朋友及NAA/Cho值对新生儿的预后评定有很大的有关性[27]。8．其它的神经系统疾病的MRS对室管膜瘤中有大量肌醇，1HMRS肌醇波峰往往升高，Cho／Cr比值及不同的A1a峰值，对室管膜瘤亚型的区别可能有一定的协助。垂体腺瘤中牛磺酸含量较高。颅咽管瘤显示只有乳酸波。囊性肿瘤与非肿瘤样囊肿都存在乳酸峰，囊性肿瘤无cho峰，可区别于脑肿瘤的囊性变和坏死，反映糖酵解和发酵机制的活跃作用，氨基酸是浓液中中性粒细胞释放的酶蛋白分解产物，可作为脑脓肿的标志物。表皮样囊肿显示全方面信号减低，伴有乳酸峰和1.8ppm小波峰，非肿瘤样囊肿无此现象(如蛛网膜囊肿)，表皮样囊肿可出现乙酸盐峰也有助于其与蛛网膜囊肿鉴别[28]。9．MRS的展望尽管1HMRS在神经系统疾病的应用得到了很大的发展，但现在MRS信息的特异性有限，精确性较低，只能理解组织的代谢状况，而不能严格用于诊疗，只能作为补充而不能替代临床和传统的神经影像手段。脑肿瘤的波谱检查及成果分析还受到肿瘤钙化、出血、邻近骨质造成的部分容积效应的影响。部分不同病理类型及恶性程度不同的肿瘤MRS体现存在一定的交叉性。因此MRS在神经系统疾病应用方面仍在待进一步的进一步研究。参考文献1．SchuhmannMU,StillerD,SkardellyM,etal.Metabolicchangesinthevicinityofbraincontusions:aprotonmagneticresonancespectroscopyandhistologystudy.JNeurotrauma.,20(8):725-43.2．周正华，王玖华，刘宜春，等．颅脑肿瘤质子磁共振研究，中国临床神经学．，10：33—373．FountasKN，KapsalakiEE，GotsisSD，eta1．Invivoprotonmagneticresnancespectroscopyofbraintumor．StereotactFunctNeurosurg．，74：83-94．4．HoonAHJr,MelhemER.Neuroimaging:applicationsindi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